JP7070421B2 - Electrode with heat-resistant insulating layer - Google Patents

Electrode with heat-resistant insulating layer Download PDF

Info

Publication number
JP7070421B2
JP7070421B2 JP2018542853A JP2018542853A JP7070421B2 JP 7070421 B2 JP7070421 B2 JP 7070421B2 JP 2018542853 A JP2018542853 A JP 2018542853A JP 2018542853 A JP2018542853 A JP 2018542853A JP 7070421 B2 JP7070421 B2 JP 7070421B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
group
insulating layer
acid
polyimide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018542853A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2018062383A1 (en
Inventor
和彦 井上
慎 芹澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of JPWO2018062383A1 publication Critical patent/JPWO2018062383A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7070421B2 publication Critical patent/JP7070421B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602Polymers
    • H01M4/606Polymers containing aromatic main chain polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • H01M4/623Binders being polymers fluorinated polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、電極、電池、これらの製造方法および電池を搭載した車両に関する。 The present invention relates to electrodes, batteries, manufacturing methods thereof, and vehicles equipped with the batteries.

高エネルギー密度の電池では、何らかの理由により金属異物が混入して電池内で短絡が発生した場合に、発熱量が大きくなる。このような発熱時における電池の安全性の確保を目的として、主に無機粒子を用いて電極表面を被覆する絶縁コート技術が知られている。 In a high energy density battery, the amount of heat generated becomes large when a metal foreign substance is mixed in and a short circuit occurs in the battery for some reason. For the purpose of ensuring the safety of the battery during such heat generation, an insulating coating technique for coating the electrode surface mainly with inorganic particles is known.

特許文献1には、正極合剤層または負極合剤層上に絶縁性無機粒子と該粒子を結着させる樹脂とを含む多孔質絶縁層が記載されている。このような絶縁層を設けることで、正極合剤層と負極合剤層との間にあるセパレータの少なくとも一部が熱収縮や溶融により消失したとしても、上記多孔質絶縁層を利用して正極合剤層と負極合剤層とが短絡する事態を回避することができる。絶縁層は、正極合剤層または負極合剤層にコート剤を塗布することで形成される。 Patent Document 1 describes a porous insulating layer containing insulating inorganic particles and a resin for binding the particles on the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer. By providing such an insulating layer, even if at least a part of the separator between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer disappears due to heat shrinkage or melting, the positive electrode is used by utilizing the porous insulating layer. It is possible to avoid a situation in which the mixture layer and the negative electrode mixture layer are short-circuited. The insulating layer is formed by applying a coating agent to the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer.

特開2010-282849号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-282849

発熱量が大きい場合には、より耐熱性の高い樹脂を用いた絶縁層が必要とされる。耐熱性の高い樹脂として、ポリイミドが挙げられる。ポリイミドはその耐熱性ゆえに可塑性に乏しく、一般的には、まずその前駆体であるポリアミック酸のワニスをフィルムや塗膜に賦形し、その後、300℃を上回る高温に曝露することで、ポリアミック酸をポリイミドへと反応(イミド化)させ、最終的に、耐熱性や強度に優れたポリイミド樹脂形成体を得ている。 When the amount of heat generated is large, an insulating layer using a resin having higher heat resistance is required. Polyimide is mentioned as a resin having high heat resistance. Polyimide has poor plasticity due to its heat resistance. Generally, the varnish of polyamic acid, which is a precursor thereof, is first formed on a film or coating film, and then exposed to a high temperature of over 300 ° C. to form polyamic acid. Is reacted (imidized) with polyimide to finally obtain a polyimide resin-formed body having excellent heat resistance and strength.

しかしながら、上述したポリイミド形成体の作製方法を特許文献1に記載の絶縁層の結着剤に適用すると、絶縁層とともに電極も300℃以上の温度で熱処理する必要があるという問題があった。高温での電極の熱処理は、集電体の酸化や、電極合剤層に使用される結着剤の溶融および熱劣化などを引き起こす懸念がある。集電体の酸化は、電極合剤層と集電体の接着強度を低下する結果となる。結着剤の溶融や熱劣化は、電極合剤層の空隙の閉塞や活物質粒子の結着性を損なう結果となる。これらは、電池の特性劣化、特に寿命の低下を引き起こす。 However, when the above-mentioned method for producing a polyimide-forming body is applied to the binder for the insulating layer described in Patent Document 1, there is a problem that the electrode needs to be heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher together with the insulating layer. The heat treatment of the electrode at a high temperature may cause oxidation of the current collector, melting of the binder used for the electrode mixture layer, and thermal deterioration. Oxidation of the current collector results in a decrease in the adhesive strength between the electrode mixture layer and the current collector. Melting and thermal deterioration of the binder result in closing the voids of the electrode mixture layer and impairing the binding property of the active material particles. These cause deterioration of battery characteristics, especially shortening of life.

上述した課題に鑑み、本発明の目的は、ポリイミドを含む絶縁層を有するにもかかわらず、熱劣化が抑制された電極を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide an electrode in which thermal deterioration is suppressed even though it has an insulating layer containing polyimide.

本発明は、集電体および電極合剤層を有する電極であって、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物およびポリイミドを含む絶縁層を有する電極に関する。 The present invention relates to an electrode having a current collector and an electrode mixture layer, and having an insulating layer containing an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group and a polyimide.

本発明によれば、ポリイミドを含む絶縁層を有するにもかかわらず、熱による劣化が抑制された電極を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrode in which deterioration due to heat is suppressed even though it has an insulating layer containing polyimide.

フィルム外装電池の基本的構造を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the basic structure of a film exterior battery. 図1の電池の断面を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the cross section of the battery of FIG.

1.電極
電極は、絶縁層を有する。その他の構成は公知の構成と同様であってよい。電極は、絶縁層に加えて、結着剤および活物質を含む電極合剤層と、集電体とを含む。本実施形態に係る電極は、正極として用いても、負極として用いてもよい。
1. 1. Electrode The electrode has an insulating layer. Other configurations may be the same as known configurations. In addition to the insulating layer, the electrode includes an electrode mixture layer containing a binder and an active material, and a current collector. The electrode according to this embodiment may be used as a positive electrode or a negative electrode.

[絶縁層]
絶縁層は、電極に塗布または接着され、電極と一体化しているものを言う。絶縁層は、例えば、電極合剤層や集電体の電極合剤層が塗布されていない部分の上に設けられる。このような場所に絶縁層を設けることにより、正極の電極合剤層または集電体と、負極の電極合剤層または集電体とが、互いに接触することを防止できる。
[Insulation layer]
The insulating layer is one that is applied or adhered to the electrode and integrated with the electrode. The insulating layer is provided, for example, on the electrode mixture layer or the portion of the current collector to which the electrode mixture layer is not applied. By providing the insulating layer in such a place, it is possible to prevent the electrode mixture layer or the current collector of the positive electrode and the electrode mixture layer or the current collector of the negative electrode from coming into contact with each other.

絶縁層はポリイミドを含む。特に説明がない場合、本明細書において記載「ポリイミド」は、ポリイミドだけでなくポリアミドイミドも包含してよい。 The insulating layer contains polyimide. Unless otherwise specified, the "polyimide" described herein may include polyamide-imide as well as polyimide.

ポリイミド(この場合、ポリアミドイミドは除く)は、少なくとも一部に以下の式(1)で表される繰返し単位を含む高分子である。 Polyimide (excluding polyamide-imide in this case) is a polymer containing at least a part of the repeating unit represented by the following formula (1).

Figure 0007070421000001
(式(1)中、Aはテトラカルボン酸二無水物から酸無水物基を除いた4価の基であり、Bはジアミンからアミノ基を除いた2価の基である。)
Figure 0007070421000001
(In the formula (1), A is a tetravalent group obtained by removing an acid anhydride group from a tetracarboxylic acid dianhydride, and B is a divalent group obtained by removing an amino group from a diamine.)

テトラカルボン酸二無水物およびジアミンはポリイミドの原料として一般に使用される。テトラカルボン酸二無水物とジアミンが縮合し、式(1)中に含まれるイミド基を形成する。 Tetracarboxylic acid dianhydride and diamine are commonly used as raw materials for polyimide. Tetracarboxylic acid dianhydride and diamine are condensed to form an imide group contained in the formula (1).

絶縁層に使用されるポリイミドの構造は特に制限されず、市販されているポリイミドであってよい。式(1)において、Aを形成するテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3,4’-オキシジフタル酸無水物、4,4’-オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物、およびシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。式(1)において、Bを形成するジアミンとしては、例えば、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン、およびシクロヘキサンジアミン、ジ(アミノメチル)シクロヘキサン、ジアミノメチルビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタンなどの脂肪族ジアミンなどが挙げられる。 The structure of the polyimide used for the insulating layer is not particularly limited, and a commercially available polyimide may be used. In the formula (1), examples of the tetracarboxylic acid dianhydride forming A include 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride, pyromellitic acid dianhydride, 3,4'. -Aromatic tetracarboxylic acid dianhydrides such as oxydiphthalic acid anhydrides, 4,4'-oxydiphthalic acid anhydrides, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydrides, and cyclobutanetetracarboxylic acid dianides. Anhydrous, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic acid dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid dianhydride, bicyclo [2.2.1] heptane-2,3 Examples thereof include aliphatic tetracarboxylic acid dianhydrides such as 5,6-tetracarboxylic acid dianhydride and 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid dianhydride. In the formula (1), examples of the diamine forming B include aromatic diamines such as p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-xylylenediamine and m-xylylenediamine, and cyclohexanediamine and di (amino). Examples thereof include aliphatic diamines such as methyl) cyclohexane, diaminomethylbicycloheptane, and diaminomethyloxybicycloheptane.

ポリアミドイミドは、少なくとも一部に以下の式(1)’で表される繰返し単位を含む高分子である。 Polyamideimide is a polymer containing at least a part of the repeating unit represented by the following formula (1)'.

Figure 0007070421000002
(式(1)’中、Aはトリカルボン酸無水物からカルボン酸基および酸無水物基を除いた3価の基であり、Bはジアミンからアミノ基を除いた2価の基である。)
Figure 0007070421000002
(In the formula (1)', A is a trivalent group obtained by removing a carboxylic acid group and an acid anhydride group from a tricarboxylic acid anhydride, and B is a divalent group obtained by removing an amino group from a diamine.)

絶縁層に使用されるポリアミドイミドの構造は特に制限されず、市販されているポリアミドイミドであってよい。式(1)’において、Aを形成するトリカルボン酸無水物としては、例えば、トリメリット酸無水物、シクロヘキサン-1,2,4-トリカルボン酸-1,2-無水物、3,4,4’-ビフェニルトリカルボン酸無水物、3,4,4’-ジフェニルメタントリカルボン酸無水物などが挙げられる。式(1)’において、Bを形成するジアミンとしては、例えば、式(1)で例示されたジアミンなどが挙げられる。 The structure of the polyamide-imide used for the insulating layer is not particularly limited, and may be a commercially available polyamide-imide. In the formula (1)', examples of the tricarboxylic acid anhydride forming A include trimellitic acid anhydride, cyclohexane-1,2,4-tricarboxylic acid-1,2-anhydrous, 3,4,4'. -Biphenyltricarboxylic acid anhydride, 3,4,4'-diphenylmethanetricarboxylic acid anhydride and the like can be mentioned. In the formula (1)', examples of the diamine forming B include the diamine exemplified in the formula (1).

ポリイミドは、式(1)および(1)’の繰返し単位を共に含んでいてもよい。 The polyimide may contain both the repeating units of the formulas (1) and (1)'.

ポリイミドは、前駆体である式(2)または(2)’により表されるポリアミック酸の繰返し単位を一部に含有してもよい。 The polyimide may partially contain a repeating unit of the polyamic acid represented by the precursor formula (2) or (2)'.

Figure 0007070421000003
(式(2)中、AおよびBは、式(1)におけるAおよびBとそれぞれ同一の意味である。)
Figure 0007070421000003
(In the formula (2), A and B have the same meaning as A and B in the formula (1), respectively.)

Figure 0007070421000004
(式(2)’中、AおよびBは、式(1)’におけるAおよびBとそれぞれ同一の意味である。)
Figure 0007070421000004
(In equation (2)', A and B have the same meaning as A and B in equation (1)', respectively.)

ポリイミドにおいて、式(1)または(1)’で表される繰返し単位と式(2)または(2)’で表される繰返し単位の総数に対する式(1)または(1)’で表される繰返し単位の総数の比率(以降、イミド化率とも呼ぶ)は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。イミド化率は、ポリアミック酸からポリイミドへ反応させる熱処理の温度により調整できる。イミド化率は、例えば、50%以上や80%以上であってよく、100%であってもよい。ポリアミック酸のイミド化率は、NMRやFTIRを用いて求めることができる。 In polyimide, it is represented by the formula (1) or (1)'for the total number of repeating units represented by the formula (1) or (1)'and the repeating unit represented by the formula (2) or (2)'. The ratio of the total number of repeating units (hereinafter, also referred to as imidization rate) is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. The imidization ratio can be adjusted by adjusting the temperature of the heat treatment for reacting the polyamic acid with the polyimide. The imidization ratio may be, for example, 50% or more, 80% or more, or 100%. The imidization rate of the polyamic acid can be determined by using NMR or FTIR.

ポリイミドにおける上記式(1)または(1)’で表される繰返し単位の含有量は特に限定されず、適宜決定される。例えば、全繰返し単位の50mol%以上や80mol%以上であってよく、100mol%であってもよい。 The content of the repeating unit represented by the above formula (1) or (1)'in the polyimide is not particularly limited and is appropriately determined. For example, it may be 50 mol% or more, 80 mol% or more, or 100 mol% or more of all repetition units.

絶縁層におけるポリイミドの含有量は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。絶縁層におけるポリイミドの含有量は、その他の添加剤、特に後述する絶縁性フィラーの含有量に依存する。絶縁層が絶縁性フィラーを含まない場合、ポリイミドは絶縁層の主材であってよい。ポリイミドの含有量は、例えば、下限として絶縁層の50質量%以上や80質量%以上であってよく、上限として絶縁層の99.9質量%以下や95質量%以下であってよい。絶縁性フィラーを含む場合、絶縁層は、絶縁性フィラーが主材であってよく、ポリイミドは主には絶縁性フィラーを結着するために添加される。ポリイミドの含有量は、例えば、下限として絶縁層の0.5質量%以上や1質量%以上であってよく、上限として絶縁層の90質量%以下や70質量%以下や50質量%以下であってよい。 The content of polyimide in the insulating layer is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. The content of polyimide in the insulating layer depends on the content of other additives, particularly the insulating filler described below. If the insulating layer does not contain an insulating filler, the polyimide may be the main material of the insulating layer. The polyimide content may be, for example, 50% by mass or more or 80% by mass or more of the insulating layer as the lower limit, and 99.9% by mass or less or 95% by mass or less of the insulating layer as the upper limit. When the insulating filler is contained, the insulating layer may be mainly composed of the insulating filler, and polyimide is mainly added to bind the insulating filler. The polyimide content may be, for example, 0.5% by mass or more or 1% by mass or more of the insulating layer as the lower limit, and 90% by mass or less, 70% by mass or less, or 50% by mass or less of the insulating layer as the upper limit. It's okay.

絶縁層は、低温においてイミド化を促進する触媒を含む。触媒は、好ましくは電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物(以降、単に「芳香族化合物」とも記載する。)である。有機酸基のみを有する芳香族化合物も、イミド化を促進することが報告されている。しかしながら、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物を使用した場合に、より低い温度による熱処理でも高いイミド化率を得ることができる。熱処理では、絶縁層とともに集電体および電極合剤層も加熱されるが、熱処理の温度を低下することによって、集電体の酸化や、電極合剤層に使用される結着剤の溶融および熱劣化を防止できる。 The insulating layer contains a catalyst that promotes imidization at low temperatures. The catalyst is preferably an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group (hereinafter, also simply referred to as "aromatic compound"). Aromatic compounds with only organic acid groups have also been reported to promote imidization. However, when an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group is used, a high imidization rate can be obtained even by heat treatment at a lower temperature. In the heat treatment, the current collector and the electrode mixture layer are heated together with the insulating layer, but by lowering the temperature of the heat treatment, the current collector is oxidized, the binder used for the electrode mixture layer is melted, and the binder is melted. Thermal deterioration can be prevented.

電子供与性基は、安息香酸のパラ位に置換した場合にハメット則の置換基定数が負となる基であればよい。例えば、電子供与性基としては、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、アルキルチオ基などが挙げられる。これらの中でもアルキル基、ヒドロキシル基が特に好ましく、ヒドロキシル基が最も好ましい。芳香族化合物に存在する電子供与性基の数は、1個以上あればよい。好ましくは、電子供与性基の数は1個である。アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、例えば、1~4であってよい。 The electron-donating group may be a group in which the substituent constant of Hammett's rule becomes negative when substituted with the para-position of benzoic acid. For example, examples of the electron donating group include an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, and an alkylthio group. Among these, an alkyl group and a hydroxyl group are particularly preferable, and a hydroxyl group is the most preferable. The number of electron donating groups present in the aromatic compound may be one or more. Preferably, the number of electron donating groups is one. The number of carbon atoms of the alkyl group, the alkoxy group, and the alkylthio group is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 4.

有機酸基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基などが挙げられる。これらの中でもカルボン酸基が特に好ましい。芳香族化合物に存在する有機酸基の数は、1個以上であればよいが、好ましくは1個または2個、最も好ましくは1個である。過剰に有機酸基が芳香族化合物に存在すると、ポリアミック酸と3次元的に反応してゲル化する場合がある。これを防止するためにも有機酸基は芳香族化合物において2個以下とすることが好ましい。芳香族化合物に2個以上の有機酸基が存在する場合、有機酸基は、例えばベンゼン環の場合ではパラ位、メタ位など、互いに離れた位置に配置されることが好ましい。有機酸基を互いに離れた位置に配置することで、芳香族化合物の有機酸基同士が分子内で縮合することを防止できる。 Examples of the organic acid group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. Of these, the carboxylic acid group is particularly preferable. The number of organic acid groups present in the aromatic compound may be one or more, but is preferably one or two, and most preferably one. If an excessive organic acid group is present in the aromatic compound, it may react three-dimensionally with the polyamic acid to form a gel. In order to prevent this, it is preferable that the number of organic acid groups is 2 or less in the aromatic compound. When two or more organic acid groups are present in the aromatic compound, the organic acid groups are preferably arranged at positions separated from each other, such as the para position and the meta position in the case of a benzene ring. By arranging the organic acid groups at positions separated from each other, it is possible to prevent the organic acid groups of the aromatic compound from condensing in the molecule.

芳香族化合物は、芳香環上の水素が電子供与性基および有機酸基によって直接置換されたものが好ましい。芳香族化合物の骨格としては、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレンなどが挙げられる。これらの中でも、電池のエネルギー密度を向上させるために、分子量の低いベンゼンが特に好ましい。 The aromatic compound is preferably one in which hydrogen on the aromatic ring is directly substituted with an electron donating group and an organic acid group. Examples of the skeleton of the aromatic compound include benzene, biphenyl, naphthalene and the like. Among these, benzene having a low molecular weight is particularly preferable in order to improve the energy density of the battery.

好ましい芳香族化合物としては、ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸、アルキル安息香酸、メルカプト安息香酸、アルコキシ安息香酸、アルキルチオ安息香酸、ヒドロキシビフェニルカルボン酸、アミノビフェニルカルボン酸、アルキルビフェニルカルボン酸、メルカプトビフェニルカルボン酸、アルコキシビフェニルカルボン酸、アルキルチオビフェニルカルボン酸、ヒドロキシナフタレンカルボン酸、アミノナフタレンカルボン酸、アルキルナフタレンカルボン酸、メルカプトナフタレンカルボン酸、アルコキシナフタレンカルボン酸、アルキルチオナフタレンカルボン酸などが挙げられる。これらの化合物において電子供与性基と有機酸基の置換位置は特には限定されないが、電子供与性基と有機酸基が離れて置換されている化合物がより好ましい。芳香族化合物の骨格がベンゼンである場合、電子供与性基と有機酸基がメタ位またはパラ位、特にパラ位で置換されている化合物が好ましい。芳香族化合物の骨格がビフェニルである場合、電子供与性基と有機酸基が4,4’位、3,4’位または3,3’位、特に4,4’位で置換されている化合物が好ましい。芳香族化合物の骨格がナフタレンである場合、電子供与性基と有機酸基が2,6位、2,7位または2,4位、特に2,6位で置換されている化合物が好ましい。 Preferred aromatic compounds include hydroxy benzoic acid, amino benzoic acid, alkyl benzoic acid, mercapto benzoic acid, alkoxy benzoic acid, alkylthio benzoic acid, hydroxybiphenyl carboxylic acid, aminobiphenyl carboxylic acid, alkyl biphenyl carboxylic acid, mercapto biphenyl carboxylic acid. , Alkoxybiphenylcarboxylic acid, alkylthiobiphenylcarboxylic acid, hydroxynaphthalenecarboxylic acid, aminonaphthalenecarboxylic acid, alkylnaphthalenecarboxylic acid, mercaptonaphthalenecarboxylic acid, alkoxynaphthalenecarboxylic acid, alkylthionaphthalenecarboxylic acid and the like. In these compounds, the substitution positions of the electron donating group and the organic acid group are not particularly limited, but a compound in which the electron donating group and the organic acid group are substituted apart is more preferable. When the skeleton of the aromatic compound is benzene, a compound in which the electron donating group and the organic acid group are substituted at the meta-position or the para-position, particularly the para-position is preferable. When the skeleton of the aromatic compound is biphenyl, the compound in which the electron donating group and the organic acid group are substituted at the 4,4'-position, 3,4'-position or 3,3'-position, particularly the 4,4'-position. Is preferable. When the skeleton of the aromatic compound is naphthalene, compounds in which the electron donating group and the organic acid group are substituted at the 2,6, 2,7 or 2,4 positions, particularly the 2,6 position are preferable.

芳香族化合物は、前駆体であるポリアミック酸をより低温にてポリイミドへと反応させるために使用する。反応後にも少なくとも一部の芳香族化合物は、構造を維持して、絶縁層に残留する。絶縁層における芳香族化合物の含有量は、絶縁層に含有されるポリイミドに対して、上限として好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下であり、下限として好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは3質量%以上である。 Aromatic compounds are used to react the precursor polyamic acid with polyimide at lower temperatures. After the reaction, at least some aromatic compounds retain their structure and remain in the insulating layer. The content of the aromatic compound in the insulating layer is preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less as an upper limit, and preferably 0.01% by mass as a lower limit with respect to the polyimide contained in the insulating layer. As mentioned above, it is more preferably 3% by mass or more.

絶縁層は、さらに任意成分として絶縁性フィラーを含んでよい。絶縁性フィラーとしては、例えば、金属の酸化物や窒化物、具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ケイ素(シリカ)、酸化チタン(チタニア)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化マグネシウム(マグネシア)、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の無機粒子、およびシリコーンゴム等の有機粒子が挙げられる。 The insulating layer may further contain an insulating filler as an optional component. Examples of the insulating filler include metal oxides and nitrides, specifically, aluminum oxide (alumina), silicon oxide (silica), titanium oxide (titania), zirconium oxide (zirconia), and magnesium oxide (magnesia). , Inorganic particles such as zinc oxide, strontium titanate, barium titanate, aluminum nitride, silicon nitride, and organic particles such as silicone rubber.

絶縁層における絶縁性フィラーの含有量は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。絶縁性フィラーを添加する場合は、絶縁性フィラーの含有量は、下限として好ましくは絶縁層の10質量%以上であり、より好ましくは30質量%以上であり、さらに好ましくは50質量%以上であり、上限として好ましくは絶縁層の99.5質量%以下であり、より好ましくは99質量%以下である。 The content of the insulating filler in the insulating layer is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. When the insulating filler is added, the content of the insulating filler is preferably 10% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and further preferably 50% by mass or more of the insulating layer as the lower limit. The upper limit is preferably 99.5% by mass or less of the insulating layer, and more preferably 99% by mass or less.

絶縁性フィラーの粒径は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。絶縁性フィラーの50%粒子径(D50)は、下限として好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.3μm以上であり、上限として好ましくは10.0μm以下であり、より好ましくは1.0μm以下である。50%粒子径(D50)は、レーザー回折粒度分布測定装置(体積基準)によって測定することができる。 The particle size of the insulating filler is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. The 50% particle size (D50) of the insulating filler is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more as the lower limit, preferably 10.0 μm or less, and more preferably 1.0 μm or less as the upper limit. Is. The 50% particle size (D50) can be measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device (volume basis).

電極合剤層上に絶縁層を設ける場合、絶縁層は、好ましくは、イオンを透過させるための孔を有する。絶縁層の空隙率は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。空隙率は、下限として好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上、上限として好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下である。絶縁層の空隙率は、水銀圧入法により測定される。 When the insulating layer is provided on the electrode mixture layer, the insulating layer preferably has holes for allowing ions to pass therethrough. The porosity of the insulating layer is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. The porosity is preferably 30% or more as the lower limit, more preferably 40% or more, and the upper limit is preferably 90% or less, more preferably 80% or less. The porosity of the insulating layer is measured by the mercury intrusion method.

絶縁層を有する電極は公知の方法によって製造することができる。一実施形態において、絶縁層を有する電極の製造方法は、ポリアミック酸、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物、および溶媒を含むポリアミック酸溶液を電極に塗布する工程、および電極を熱処理する工程を含む。 The electrode having an insulating layer can be manufactured by a known method. In one embodiment, the method for producing an electrode having an insulating layer is a step of applying a polyamic acid solution containing a polyamic acid, an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group, and a solvent to the electrode, and heat treatment of the electrode. Including the process of

ポリアミック酸溶液に使用される溶剤は、当業者により適宜選択されてよい。例えば、溶剤として、N-メチル-2-ピロリドン(略称:NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスフォラアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンなどが挙げられる。 The solvent used for the polyamic acid solution may be appropriately selected by those skilled in the art. For example, as a solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (abbreviation: NMP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoramide, 1,3-dimethyl-2-imidazole Ridineon and the like can be mentioned.

芳香族化合物がポリアミック酸溶液に含まれることにより、より低温においても高いイミド化率を達成できる。ポリアミック酸溶液において、芳香族化合物は、ポリアミック酸に対して、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下の量で含まれる。また、ポリアミック酸溶液において、芳香族化合物は、ポリアミック酸に対して、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは3質量%以上の量で含まれる。 By including the aromatic compound in the polyamic acid solution, a high imidization rate can be achieved even at a lower temperature. In the polyamic acid solution, the aromatic compound is contained in an amount of preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, based on the polyamic acid. Further, in the polyamic acid solution, the aromatic compound is contained in an amount of preferably 0.01% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, based on the polyamic acid.

ポリアミック酸溶液は、相分離剤や絶縁性フィラーなど、その他の成分をさらに含有してもよい。このとき、混合物はスラリーであって良い。必要であれば、上述の絶縁層の製造方法に、ポリアミック酸層またはポリイミド層に孔を形成する工程をさらに設けてもよい。孔を形成する方法としては、相分離法や抽出法などの公知の方法が挙げられる。追加の工程を設けなくとも熱処理と同時に、孔を形成できる簡便な方法も知られている。 The polyamic acid solution may further contain other components such as a phase separator and an insulating filler. At this time, the mixture may be a slurry. If necessary, the above-mentioned method for producing an insulating layer may further include a step of forming holes in the polyamic acid layer or the polyimide layer. Examples of the method for forming the pores include known methods such as a phase separation method and an extraction method. A simple method is also known in which pores can be formed at the same time as heat treatment without providing an additional step.

例えば、相分離剤として、エーテル系溶媒などの、溶剤よりも高沸点であるポリアミック酸の貧溶媒をポリアミック酸溶液に添加した場合、熱処理で溶剤が揮発し、貧溶媒の濃度が高くなることで、貧溶媒とポリアミック酸とが相分離してポリアミック酸層に空隙を形成できる。 For example, when a poor solvent of polyamic acid having a higher boiling point than the solvent, such as an ether solvent, is added to the polyamic acid solution as a phase separator, the solvent volatilizes during the heat treatment and the concentration of the poor solvent increases. , The poor solvent and the polyamic acid can be phase-separated to form voids in the polyamic acid layer.

例えば、絶縁性フィラーを含むポリアミック酸溶液を使用する場合、ポリアミック酸層を熱処理することにより、孔を有する、ポリイミドで結着された絶縁性フィラーの層が形成される。この方法において、絶縁性フィラーの結着剤として機能するポリイミドが空隙を埋め尽くさないように、好ましくは絶縁性フィラーに対して少量のポリアミック酸を使用する。 For example, when a polyamic acid solution containing an insulating filler is used, the polyamic acid layer is heat-treated to form a layer of a polyimide-bound insulating filler having pores. In this method, a small amount of polyamic acid is preferably used for the insulating filler so that the polyimide acting as a binder for the insulating filler does not fill the voids.

熱処理の温度は、特に限定されず、当業者により適宜設定されてよい。絶縁層とともに熱処理される集電体および電極合剤層の劣化を防止するため、熱処理温度は、好ましくは200℃未満、より好ましくは180℃以下、非常に好ましくは150℃以下、最も好ましくは130℃以下である。また、イミド化率を向上させるために、熱処理温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは80℃以上、最も好ましくは90℃以上である。熱処理は、空気、窒素など不活性ガスおよび真空のいずれの雰囲気下でも実施できる。熱処理時間は、温度や量などにもよるが、好ましくは1分以上24時間以下、より好ましくは5分以上5時間以下である。熱処理により、ポリアミック酸溶液中の溶剤などの揮発成分は除去されてよい。 The temperature of the heat treatment is not particularly limited and may be appropriately set by those skilled in the art. In order to prevent deterioration of the current collector and the electrode mixture layer that are heat-treated together with the insulating layer, the heat treatment temperature is preferably less than 200 ° C., more preferably 180 ° C. or lower, very preferably 150 ° C. or lower, and most preferably 130 ° C. It is below ° C. Further, in order to improve the imidization rate, the heat treatment temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and most preferably 90 ° C. or higher. The heat treatment can be carried out under any atmosphere of an inert gas such as air and nitrogen and a vacuum. The heat treatment time is preferably 1 minute or more and 24 hours or less, and more preferably 5 minutes or more and 5 hours or less, although it depends on the temperature and amount. The heat treatment may remove volatile components such as solvents in the polyamic acid solution.

[活物質]
正極活物質としては、特に限定されず、いくつかの観点から選ぶことができる。高エネルギー密度化の観点からは、高容量の化合物を含むことが好ましい。高容量の化合物としては、ニッケル酸リチウム(LiNiO)またはニッケル酸リチウムのNiの一部を他の金属元素で置換したリチウムニッケル複合酸化物が挙げられ、下式(3)で表される層状リチウムニッケル複合酸化物が好ましい。
[Active substance]
The positive electrode active material is not particularly limited and can be selected from several viewpoints. From the viewpoint of increasing the energy density, it is preferable to contain a high-capacity compound. Examples of the high-capacity compound include lithium nickelate (LiNiO 2 ) or a lithium-nickel composite oxide obtained by substituting a part of Ni of lithium nickelate with another metal element, and the layered form represented by the following formula (3). Lithium-nickel composite oxides are preferred.

LiNi(1-x) (3)
(但し、0≦x<1、0<y≦1.2、MはCo、Al、Mn、Fe、Ti及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。)
Li y Ni (1-x) M x O 2 (3)
(However, 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1.2, M is at least one element selected from the group consisting of Co, Al, Mn, Fe, Ti and B.)

高容量の観点では、Niの含有量が高いこと、即ち式(3)において、xが0.5未満が好ましく、さらに0.4以下が好ましい。このような化合物としては、例えば、LiαNiβCoγMnδ(0<α≦1.2好ましくは1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.7、γ≦0.2)、LiαNiβCoγAlδ(0<α≦1.2好ましくは1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、β≧0.6好ましくはβ≧0.7、γ≦0.2)などが挙げられ、特に、LiNiβCoγMnδ(0.75≦β≦0.85、0.05≦γ≦0.15、0.10≦δ≦0.20)が挙げられる。より具体的には、例えば、LiNi0.8Co0.05Mn0.15、LiNi0.8Co0.1Mn0.1、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi0.8Co0.1Al0.1等を好ましく用いることができる。From the viewpoint of high capacity, the Ni content is high, that is, in the formula (3), x is preferably less than 0.5, and more preferably 0.4 or less. Examples of such a compound include Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (0 <α ≦ 1.2, preferably 1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.7, γ ≦ 0). .2), Li α Ni β Co γ Al δ O 2 (0 <α ≦ 1.2 preferably 1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, β ≧ 0.6 preferably β ≧ 0.7, γ ≤0.2), and in particular, LiNi β Co γ Mn δ O 2 (0.75 ≤ β ≤ 0.85, 0.05 ≤ γ ≤ 0.15, 0.10 ≤ δ ≤ 0.20). ). More specifically, for example, LiNi 0.8 Co 0.05 Mn 0.15 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 . O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Al 0.1 O 2 and the like can be preferably used.

また、熱安定性の観点では、Niの含有量が0.5を超えないこと、即ち、式(3)において、xが0.5以上であることも好ましい。また特定の遷移金属が半数を超えないことも好ましい。このような化合物としては、LiαNiβCoγMnδ(0<α≦1.2好ましくは1≦α≦1.2、β+γ+δ=1、0.2≦β≦0.5、0.1≦γ≦0.4、0.1≦δ≦0.4)が挙げられる。より具体的には、LiNi0.4Co0.3Mn0.3(NCM433と略記)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3(NCM523と略記)、LiNi0.5Co0.3Mn0.2(NCM532と略記)など(但し、これらの化合物においてそれぞれの遷移金属の含有量が10%程度変動したものも含む)を挙げることができる。Further, from the viewpoint of thermal stability, it is also preferable that the Ni content does not exceed 0.5, that is, x is 0.5 or more in the formula (3). It is also preferable that the specific transition metal does not exceed half. Examples of such a compound include Li α Ni β Co γ Mn δ O 2 (0 <α ≦ 1.2, preferably 1 ≦ α ≦ 1.2, β + γ + δ = 1, 0.2 ≦ β ≦ 0.5, 0. .1 ≦ γ ≦ 0.4, 0.1 ≦ δ ≦ 0.4). More specifically, LiNi 0.4 Co 0.3 Mn 0.3 O 2 (abbreviated as NCM433), LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn. 0.3 O 2 (abbreviated as NCM523), LiNi 0.5 Co 0.3 Mn 0.2 O 2 (abbreviated as NCM532), etc. (However, the content of each transition metal in these compounds varies by about 10%. (Including those that have been used).

また、式(3)で表される化合物を2種以上混合して使用してもよく、例えば、NCM532またはNCM523とNCM433とを9:1~1:9の範囲(典型的な例として、2:1)で混合して使用することも好ましい。さらに、式(3)においてNiの含有量が高い材料(xが0.4以下)と、Niの含有量が0.5を超えない材料(xが0.5以上、例えばNCM433)とを混合することで、高容量で熱安定性の高い電池を構成することもできる。 Further, two or more compounds represented by the formula (3) may be mixed and used, and for example, NCM532 or NCM523 and NCM433 may be used in the range of 9: 1 to 1: 9 (typically, 2). It is also preferable to mix and use in 1). Further, a material having a high Ni content (x is 0.4 or less) in the formula (3) and a material having a Ni content not exceeding 0.5 (x is 0.5 or more, for example, NCM433) are mixed. By doing so, it is possible to construct a battery having a high capacity and high thermal stability.

上記以外にも正極活物質として、例えば、LiMnO、LiMn(0<x<2)、LiMnO、LiMn1.5Ni0.5(0<x<2)等の層状構造またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム;LiCoOまたはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの;これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもLiを過剰にしたもの;及びLiFePOなどのオリビン構造を有するもの等が挙げられる。さらに、これらの金属酸化物をAl、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等により一部置換した材料も使用することができる。上記に記載した正極活物質はいずれも、1種を単独で、または2種以上を組合せて用いることができる。In addition to the above, as positive electrode active materials, for example, LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), Li 2 MnO 3 , Li x Mn 1.5 Ni 0.5 O 4 (0 <x <). Lithium manganate having a layered structure or spinel structure such as 2); LiCoO 2 or a part of these transition metals replaced with another metal; Excessive ones; and those having an olivine structure such as LiFePO 4 can be mentioned. Further, a material in which these metal oxides are partially replaced with Al, Fe, P, Ti, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La and the like. Can also be used. Any of the positive electrode active materials described above can be used alone or in combination of two or more.

負極活物質としては、特に限定されないが、具体的には、金属、金属酸化物、炭素などを挙げることができる。 The negative electrode active material is not particularly limited, and specific examples thereof include metals, metal oxides, and carbon.

金属としては、例えば、Li、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La、またはこれらの2種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は2種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は1種以上の非金属元素を含んでもよい。 Examples of the metal include Li, Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, or alloys of two or more of these. .. In addition, two or more of these metals or alloys may be mixed and used. Further, these metals or alloys may contain one or more non-metal elements.

金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。本実施形態では、金属酸化物の負極活物質として酸化スズもしくは酸化シリコンを含むことが好ましく、酸化シリコンを含むことがより好ましい。これは、酸化シリコンが、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。酸化シリコンとしては、組成式SiO(ただし、0<x≦2)で表されるものが好ましい。また、金属酸化物に、窒素、ホウ素および硫黄の中から選ばれる1種または2種以上の元素を、例えば0.1~5質量%添加することもできる。こうすることで、金属酸化物の電気伝導性を向上させることができる。Examples of the metal oxide include silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and a composite thereof. In the present embodiment, the negative electrode active material of the metal oxide preferably contains tin oxide or silicon oxide, and more preferably silicon oxide. This is because silicon oxide is relatively stable and does not easily cause a reaction with other compounds. As the silicon oxide, those represented by the composition formula SiO x (where 0 <x ≦ 2) are preferable. Further, for example, 0.1 to 5% by mass of one or more elements selected from nitrogen, boron and sulfur can be added to the metal oxide. By doing so, the electrical conductivity of the metal oxide can be improved.

炭素としては、例えば、黒鉛、非晶質炭素、グラフェン、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い黒鉛は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。 Examples of carbon include graphite, amorphous carbon, graphene, diamond-like carbon, carbon nanotubes, and composites thereof. Here, graphite having high crystallinity has high electrical conductivity, and is excellent in adhesiveness to a negative electrode current collector made of a metal such as copper and voltage flatness. On the other hand, amorphous carbon having low crystallinity has a relatively small volume expansion, so that it has a high effect of alleviating the volume expansion of the entire negative electrode, and deterioration due to non-uniformity such as grain boundaries and defects is unlikely to occur.

活物質とともに、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を電極合剤層に添加してもよい。導電補助材としては、鱗片状、煤状、線維状の炭素質微粒子等、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、気相法炭素繊維(例えば、昭和電工製VGCF)等が挙げられる。 Along with the active material, a conductive auxiliary material may be added to the electrode mixture layer for the purpose of lowering the impedance. Examples of the conductive auxiliary material include scaly, soot-like, and fibrous carbonaceous fine particles, such as graphite, carbon black, acetylene black, and vapor phase carbon fiber (for example, VGCF manufactured by Showa Denko).

[結着剤]
電極合剤層で使用される結着剤は特に限定されない。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂;ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸塩、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、これらの樹脂を構成するモノマー単位からなる共重合体、およびこれらの架橋体などのアクリル樹脂;ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、これらの樹脂を構成するモノマー単位からなる共重合体、およびこれらの架橋体であるスチレンブタジエンゴム(SBR)などのジエン系ゴム等を用いることができる。また、前記の複数の樹脂の混合物や、これらの樹脂を構成するモノマー単位からなる共重合体、およびこれらの架橋体等を用いることが出来る。さらに、SBR系エマルジョンのような水系の結着剤を用いる場合、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤を用いることもできる。ポリイミド、ポリアミドイミドを用いることもできる。芳香族イミド類が好ましい。これらの中で高温での熱処理(イミド化反応)が必要な樹脂を用いる場合は、絶縁層のイミド化触媒として例示した、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物をポリイミドと併用することが好ましい。
[Binder]
The binder used in the electrode mixture layer is not particularly limited. Examples of the binder include fluorinated resins such as polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, and polytetrafluoroethylene; and polyolefin resins such as polypropylene and polyethylene; Acrylics such as polyacrylic acid, polyacrylic acid salt, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid salt, polyacrylic acid ester, polymethacrylic acid ester, copolymers composed of the monomer units constituting these resins, and cross-linked products thereof. Resin; Copolymers composed of polystyrene, polyacrylic nitrile, polybutadiene, and monomer units constituting these resins, and diene rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) which is a crosslinked product thereof can be used. Further, a mixture of the above-mentioned plurality of resins, a copolymer composed of monomer units constituting these resins, a crosslinked product thereof, and the like can be used. Furthermore, when an aqueous binder such as an SBR emulsion is used, a thickener such as carboxymethyl cellulose (CMC) can also be used. Polyimide and polyamide-imide can also be used. Aromatic imides are preferred. When a resin that requires heat treatment (imidization reaction) at a high temperature is used among these, an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group exemplified as an imidization catalyst of the insulating layer is used in combination with polyimide. Is preferable.

一実施形態において、電極合剤層の結着剤として用いる樹脂としては、電池寿命の観点から、少量で活物質を強固に結着できるゴム性の高い材料が好ましい。このような樹脂は、一般に耐熱性が低い場合が多い。すなわち、結着剤の融点または耐熱温度は、好ましくは200℃以下、より好ましくは170℃以下である。一方、耐熱性が過剰に低い結着剤は、電池としての機能に支障をきたす恐れがあり、結着剤の融点または耐熱温度は、好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上である。こうした結着剤としては、より具体的には、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸塩、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等が挙げられる。樹脂の融点は、例えば、JIS K7121に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度により求めることができる。 In one embodiment, as the resin used as the binder for the electrode mixture layer, a highly rubbery material capable of firmly binding the active material with a small amount is preferable from the viewpoint of battery life. In general, such resins often have low heat resistance. That is, the melting point or heat resistant temperature of the binder is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 170 ° C. or lower. On the other hand, a binder having excessively low heat resistance may interfere with the function as a battery, and the melting point or heat resistant temperature of the binder is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. More specifically, such a binder includes polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, styrene butadiene rubber, polyacrylic acid, polyacrylic acid salt, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid salt, polyacrylic acid ester, and polymethacrylic acid. Examples include acid esters. The melting point of the resin can be determined, for example, by the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K7121.

複数の結着剤を混合して用いることもできる。使用する結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、活物質100質量部に対して、2~20質量部が好ましい。 A plurality of binders may be mixed and used. The amount of the binder to be used is preferably 2 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material from the viewpoint of "sufficient binding force" and "high energy" which are in a trade-off relationship.

[集電体]
集電体は特に限定されない。負極集電体としては、電気化学的な安定性から、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、クロム、銅、銀、およびそれらの合金を使用できる。正極集電体としては、アルミニウム、ニッケル、銀、またはそれらの合金を使用できる。集電体の形状としては、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。
[Current collector]
The current collector is not particularly limited. Aluminum, nickel, stainless steel, chromium, copper, silver, and alloys thereof can be used as the negative electrode current collector because of its electrochemical stability. As the positive electrode current collector, aluminum, nickel, silver, or an alloy thereof can be used. Examples of the shape of the current collector include a foil, a flat plate, and a mesh.

2.電池
絶縁層を有する電極を正極および負極の少なくとも一方に使用して、安全性の高い電池を作製することができる。電池は、通常の方法に従って作製することができる。積層ラミネート型の電池を例に、電池の製造方法の一例を説明する。まず、乾燥空気または不活性雰囲気において、正極および負極を、セパレータを介して対向配置して、電極素子を形成する。次に、この電極素子を外装体(容器)に収容し、電解液を注入して電極に電解液を含浸させる。その後、外装体の開口部を封止して電池を完成する。以下において、電極以外の構成についての実施形態を説明する。
2. 2. An electrode having a battery insulating layer can be used for at least one of a positive electrode and a negative electrode to produce a highly safe battery. Batteries can be made according to conventional methods. An example of a method for manufacturing a battery will be described by taking a laminated laminated battery as an example. First, in dry air or an inert atmosphere, the positive electrode and the negative electrode are arranged so as to face each other with the separator interposed therebetween to form an electrode element. Next, this electrode element is housed in an exterior body (container), and an electrolytic solution is injected to impregnate the electrode with the electrolytic solution. After that, the opening of the exterior body is sealed to complete the battery. Hereinafter, embodiments of configurations other than the electrodes will be described.

[セパレータ]
正極および負極の少なくとも一方に絶縁層を有する電極が使用されることにより、電池はセパレータを備えなくてもよい。この場合、電池の原料コストや製造コストが低下し得る。絶縁層をセパレータとともに使用してもよい。この場合、発熱時にセパレータが溶融や収縮したとしても、絶縁層によって、正極と負極との絶縁を維持できる。
[Separator]
By using an electrode having an insulating layer on at least one of a positive electrode and a negative electrode, the battery does not have to be provided with a separator. In this case, the raw material cost and the manufacturing cost of the battery can be reduced. The insulating layer may be used with the separator. In this case, even if the separator melts or shrinks during heat generation, the insulating layer can maintain the insulation between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータは、荷電体の透過を阻害せずに正極および負極の導通を抑制し、電解液に対して耐久性を有するものであれば、いずれであってもよい。具体的な材質としては、ポリプロピレンおよびポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンならびにポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミドおよびコポリパラフェニレン-3,4’-オキシジフェニレンテレフタルアミド等の芳香族ポリアミド(アラミド)等が挙げられる。これらは、多孔質フィルム、織物、不織布等として用いることができる。 The separator may be any as long as it suppresses the conduction between the positive electrode and the negative electrode without inhibiting the permeation of the charged body and has durability against the electrolytic solution. Specific materials include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, polyesters such as cellulose, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyimide, polyvinylidene fluoride and polymethaphenylene isophthalamide, polyparaphenylene terephthalamide and copolyparaphenylene-3, Examples thereof include aromatic polyamides (aramid) such as 4'-oxydiphenylene terephthalamide. These can be used as porous films, woven fabrics, non-woven fabrics and the like.

[電解液]
電解液としては特に限定されないが、電池の動作電位において安定な非水溶媒と支持塩を含む非水電解液が好ましい。
[Electrolytic solution]
The electrolytic solution is not particularly limited, but a non-aqueous electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and a supporting salt that is stable at the action potential of the battery is preferable.

非水溶媒の例としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類;プロピレンカーボネート誘導体;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;ジエチルエーテル、エチルプロピルエーテル等のエーテル類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニル等のリン酸エステル類等の非プロトン性有機溶媒、及び、これらの化合物の水素原子の少なくとも一部をフッ素原子で置換したフッ素化非プロトン性有機溶媒等が挙げられる。 Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC); dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), etc. Chain carbonates such as dipropyl carbonate (DPC); propylene carbonate derivatives; aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate and ethyl propionate; ethers such as diethyl ether and ethyl propyl ether, trimethyl phosphate, Aprotonic organic solvents such as phosphate esters such as triethyl phosphate, tripropyl phosphate, trioctyl phosphate, and triphenyl phosphate, and fluorine in which at least a part of the hydrogen atom of these compounds is replaced with a fluorine atom. Examples thereof include chemical aproton organic solvents.

これらの中でも、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の環状または鎖状カーボネート類を含むことが好ましい。 Among these, cyclics such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dipropyl carbonate (DPC). Alternatively, it is preferable to contain chain carbonates.

非水溶媒は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。 The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more.

支持塩としては、LiPF、LiAsF、LiAlCl、LiClO、LiBF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩が挙げられる。支持塩は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。低コスト化の観点からはLiPFが好ましい。Supporting salts include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN ( CF 3 SO). ) 2nd class lithium salt can be mentioned. The supporting salt can be used alone or in combination of two or more. LiPF 6 is preferable from the viewpoint of cost reduction.

[電池の構造]
本実施形態の電池は、例えば、図1および図2のような構造を有する。この電池は、電池要素20と、それを電解質と一緒に収容するフィルム外装体10と、正極タブ51および負極タブ52(以下、これらを単に「電極タブ」ともいう)とを備えている。
[Battery structure]
The battery of the present embodiment has, for example, the structures shown in FIGS. 1 and 2. This battery includes a battery element 20, a film exterior 10 that houses the battery element 20 together with an electrolyte, and a positive electrode tab 51 and a negative electrode tab 52 (hereinafter, these are also simply referred to as “electrode tabs”).

電池要素20は、図2に示すように、複数の正極30と複数の負極40とがセパレータ25を間に挟んで交互に積層されたものである。正極30は、金属箔31の両面に電極材料32が塗布されており、負極40も、同様に、金属箔41の両面に電極材料42が塗布されている。なお、本発明は、必ずしも積層型の電池に限らず捲回型などの電池にも適用しうる。 As shown in FIG. 2, the battery element 20 is formed by alternately stacking a plurality of positive electrodes 30 and a plurality of negative electrodes 40 with a separator 25 interposed therebetween. The positive electrode 30 has the electrode material 32 coated on both sides of the metal foil 31, and the negative electrode 40 also has the electrode material 42 coated on both sides of the metal foil 41. It should be noted that the present invention can be applied not only to a laminated type battery but also to a wound type battery and the like.

本発明を適用しうる電池は図1および図2のように電極タブが外装体の片側に引き出された構成であってもよいが、電池は電極タブが外装体の両側に引き出されたものであってもいい。詳細な図示は省略するが、正極および負極の金属箔は、それぞれ、外周の一部に延長部を有している。負極金属箔の延長部は一つに集められて負極タブ52と接続され、正極金属箔の延長部は一つに集められて正極タブ51と接続される(図2参照)。このように延長部どうし積層方向に1つに集めた部分は「集電部」などとも呼ばれる。 The battery to which the present invention can be applied may have a configuration in which the electrode tabs are pulled out to one side of the exterior body as shown in FIGS. 1 and 2, but the battery has electrode tabs drawn out to both sides of the exterior body. There may be. Although detailed illustration is omitted, the metal foils of the positive electrode and the negative electrode each have an extension portion on a part of the outer circumference. The extension of the negative electrode metal leaf is collected together and connected to the negative electrode tab 52, and the extension of the positive electrode metal leaf is collected and connected to the positive electrode tab 51 (see FIG. 2). The portions gathered together in the stacking direction between the extension portions in this way are also called "current collectors".

フィルム外装体10は、この例では、2枚のフィルム10-1、10-2で構成されている。フィルム10-1、10-2どうしは電池要素20の周辺部で互いに熱融着されて密閉される。図1では、このように密閉されたフィルム外装体10の1つの短辺から、正極タブ51および負極タブ52が同じ方向に引き出されている。 In this example, the film exterior body 10 is composed of two films 10-1 and 10-2. The films 10-1 and 10-2 are heat-sealed to each other at the peripheral portion of the battery element 20 and sealed. In FIG. 1, the positive electrode tab 51 and the negative electrode tab 52 are pulled out in the same direction from one short side of the film exterior body 10 sealed in this way.

当然ながら、異なる2辺から電極タブがそれぞれ引き出されていてもよい。また、フィルムの構成に関し、図1、図2では、一方のフィルム10-1にカップ部が形成されるとともに他方のフィルム10-2にはカップ部が形成されていない例が示されているが、この他にも、両方のフィルムにカップ部を形成する構成(不図示)や、両方ともカップ部を形成しない構成(不図示)なども採用しうる。 Of course, the electrode tabs may be pulled out from two different sides. Regarding the composition of the film, FIGS. 1 and 2 show an example in which the cup portion is formed on one film 10-1 and the cup portion is not formed on the other film 10-2. In addition to this, a configuration in which a cup portion is formed on both films (not shown), a configuration in which both films do not form a cup portion (not shown), and the like can be adopted.

3.組電池
本実施形態に係る電池を複数組み合わせて組電池とすることができる。組電池は、例えば、本実施形態に係る電池を2つ以上用い、直列、並列又はその両方で接続した構成とすることができる。直列および/または並列接続することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。組電池が備える電池の個数については、電池容量や出力に応じて適宜設定することができる。
3. 3. Assembled battery A plurality of batteries according to the present embodiment can be combined to form an assembled battery. As the assembled battery, for example, two or more batteries according to the present embodiment may be used and connected in series, in parallel, or both. By connecting in series and / or in parallel, the capacity and voltage can be freely adjusted. The number of batteries included in the assembled battery can be appropriately set according to the battery capacity and output.

4.車両
本実施形態に係る電池またはその組電池は、車両に用いることができる。本実施形態に係る車両としては、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バス等の商用車、軽自動車等)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)が挙げられる。なお、本実施形態に係る車両は自動車に限定されるわけではなく、他の車両、例えば電車等の移動体の各種電源として用いることもできる。
4. Vehicle The battery or the assembled battery thereof according to the present embodiment can be used in a vehicle. Vehicles according to this embodiment include hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all are four-wheeled vehicles (passenger vehicles, trucks, commercial vehicles such as buses, light vehicles, etc.), as well as two-wheeled vehicles (motorcycles) and three-wheeled vehicles. ). The vehicle according to the present embodiment is not limited to an automobile, and can be used as various power sources for other vehicles, for example, moving objects such as trains.

正極C-1を下記の様にして得た。正極活物質としての層状リチウムニッケル複合酸化物であるLiNi0.80Co0.15Al0.05(以降、NCAとも記載する)、導電補助材としてのカーボンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(以降、PVdFとも記載する)を、90:5:5の質量比で計量し、それらをN-メチルピロリドンを用いて混練し、正極スラリーとした。調製した正極スラリーを、集電体としての厚み20μmのアルミニウム箔にドクターブレードで塗布し110℃で5分間加熱乾燥し、さらにプレスすることで正極C-1を得た。The positive electrode C-1 was obtained as follows. LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (hereinafter also referred to as NCA), which is a layered lithium nickel composite oxide as a positive electrode active material, carbon black as a conductive auxiliary material, and polyvinylidene fluoride as a binder. Vinylidene fluoride (hereinafter, also referred to as PVdF) was weighed at a mass ratio of 90: 5: 5, and they were kneaded with N-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode slurry. The prepared positive electrode slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a current collector with a doctor blade, heated and dried at 110 ° C. for 5 minutes, and further pressed to obtain a positive electrode C-1.

4種類の負極A-1~4をそれぞれ下記の様にして得た。 Four types of negative electrodes A-1 to 4 were obtained as follows.

(負極A-1)
人造黒鉛(以降Cとも記載する)とカルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液を、自転・公転ミキサー(株式会社 シンキー製 あわとり錬太郎 ARE-500)を用いて混練し、その後スチレンブタジエン共重合体(SBR)を加え、負極スラリーを調製した。人造黒鉛とCMCとSBRとの質量比は97:1:2とした。このスラリーを厚さ10μmの銅箔上にドクターブレードで塗布した後、110℃で5分間加熱乾燥し、さらにプレスすることで負極A-1を作製した。
(Negative electrode A-1)
Artificial graphite (hereinafter also referred to as C) and an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) are kneaded using a rotation / revolution mixer (Awatori Rentaro ARE-500 manufactured by Shinky Co., Ltd.), and then a styrene-butadiene copolymer (SBR) is used. Was added to prepare a negative electrode slurry. The mass ratio of artificial graphite, CMC and SBR was 97: 1: 2. This slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm with a doctor blade, dried by heating at 110 ° C. for 5 minutes, and further pressed to prepare a negative electrode A-1.

(負極A-2)
人造黒鉛とポリフッ化ビニリデン樹脂(PVdF)およびN-メチルピロリドンを、自転・公転ミキサー(株式会社 シンキー製 あわとり錬太郎 ARE-500)を用いて混練し、負極スラリーを調製した。人造黒鉛とPVdFとの質量比は95:5とした。このスラリーを厚さ10μmの銅箔上にドクターブレードで塗布した後、110℃で5分間加熱乾燥し、さらにプレスすることで負極A-2を作製した。
(Negative electrode A-2)
Artificial graphite, polyvinylidene fluoride resin (PVdF) and N-methylpyrrolidone were kneaded using a rotation / revolution mixer (Awatori Rentaro ARE-500 manufactured by Shinky Co., Ltd.) to prepare a negative electrode slurry. The mass ratio of artificial graphite to PVdF was 95: 5. This slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm with a doctor blade, dried by heating at 110 ° C. for 5 minutes, and further pressed to prepare a negative electrode A-2.

(負極A-3)
50%粒子径が8μmであるSiO表面を炭素材料(複合体における炭素材料の量が7質量%であった。)で被覆した複合体(以降SiOとも記載する。)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、p-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ50:49:0.5の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、スラリーとした。該スラリーを、厚さ10μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した。その後、120℃で5分間加熱し、n-メチルピロリドンを乾燥させた。これをプレスした後、空気中常圧下にて150℃で1時間加熱し、負極A-3を得た。
(Negative electrode A-3)
A composite (hereinafter also referred to as SiO) in which the surface of SiO x having a 50% particle diameter of 8 μm is coated with a carbon material (the amount of carbon material in the composite was 7% by mass) and a polyamic acid solution (hereinafter also referred to as SiO) and a polyamic acid solution (hereinafter referred to as SiO). Product name: "U-Wanis A", manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass) and p-hydroxybenzoic acid were weighed at a mass ratio of 50:49:0.5, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to prepare a slurry. The slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm using a doctor blade. Then, it was heated at 120 ° C. for 5 minutes to dry n-methylpyrrolidone. After pressing this, it was heated at 150 ° C. for 1 hour under normal pressure in air to obtain a negative electrode A-3.

(負極A-4)
50%粒子径が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が7質量%であった。)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)を、それぞれ50:49の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、スラリーとした。該スラリーを、厚さ10μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した。その後、120℃で5分間加熱し、n-メチルピロリドンを乾燥させた。これをプレスした後、空気中常圧下にて350℃で1時間加熱し、負極A-4を得た。
(Negative electrode A-4)
A composite having a 50% particle size of 8 μm and a surface coated with a carbon material (the amount of the carbon material in the composite was 7% by mass) and a polyamic acid solution (trade name: “U- Wanis A”). , Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass) were weighed at a mass ratio of 50:49, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to prepare a slurry. The slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm using a doctor blade. Then, it was heated at 120 ° C. for 5 minutes to dry n-methylpyrrolidone. After pressing this, it was heated at 350 ° C. for 1 hour under normal pressure in air to obtain a negative electrode A-4.

9種類の絶縁層スラリーI-1~9をそれぞれ下記の様にして得た。 Nine kinds of insulating layer slurries I-1 to 9 were obtained as follows.

(絶縁層スラリーI-1)
アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤としてポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、p-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ90:10:0.1の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-1とした。
(Insulation layer slurry I-1)
Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm) and n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid as a binder (trade name: “U-Wanis A”, manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass). , P-Hydroxybenzoic acid was weighed at a mass ratio of 90: 10: 0.1, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-1.

(絶縁層スラリーI-2)
アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤としてポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、p-メチル安息香酸とを、それぞれ90:10:0.1の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-2とした。
(Insulation layer slurry I-2)
Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm) and n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid as a binder (trade name: “U-varnish A”, manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass). , P-Methylbenzoic acid was weighed at a mass ratio of 90: 10: 0.1, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-2.

(絶縁層スラリーI-3)
アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤としてポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、m-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ90:10:0.1の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-3とした。
(Insulation layer slurry I-3)
Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm) and n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid as a binder (trade name: “U-varnish A”, manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass). , M-Hydroxybenzoic acid was weighed at a mass ratio of 90: 10: 0.1, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-3.

(絶縁層スラリーI-4)
アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤としてポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、o-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ90:10:0.1の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-4とした。
(Insulation layer slurry I-4)
Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm) and n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid as a binder (trade name: “U-Wanis A”, manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass). , O-Hydroxybenzoic acid was weighed at a mass ratio of 90: 10: 0.1, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-4.

(絶縁層スラリーI-5)
アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤としてポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)とを、それぞれ90:10の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-5とした。
(Insulation layer slurry I-5)
Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm) and n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid as a binder (trade name: “U-varnish A”, manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass). Weighed at a mass ratio of 90:10, respectively. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-5.

(絶縁層スラリーI-6)
ポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製)を濃縮し、固形分濃度を50質量%に調整した。この濃縮溶液と、トリエチレングリコールジメチルエーテルと、p-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ10:20:0.25の質量比で計量した。これを混合し、絶縁層スラリーI-6とした。なお、この混合物は溶液であるが、便宜上、絶縁層スラリーI-6と呼ぶ。
(Insulation layer slurry I-6)
An n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid (trade name: "U-varnish A", manufactured by Ube Kosan Co., Ltd.) was concentrated to adjust the solid content concentration to 50% by mass. This concentrated solution, triethylene glycol dimethyl ether, and p-hydroxybenzoic acid were weighed at a mass ratio of 10:20:0.25, respectively. This was mixed to obtain an insulating layer slurry I-6. Although this mixture is a solution, it is referred to as an insulating layer slurry I-6 for convenience.

(絶縁層スラリーI-7)
ポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製)を濃縮し、固形分濃度を50質量%に調整した。この濃縮溶液と、トリエチレングリコールジメチルエーテルとを、それぞれ10:20の質量比で計量した。これを混合し、絶縁層スラリーI-7とした。なお、この混合物は溶液であるが、便宜上、絶縁層スラリーI-7と呼ぶ。
(Insulation layer slurry I-7)
An n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid (trade name: "U-varnish A", manufactured by Ube Kosan Co., Ltd.) was concentrated to adjust the solid content concentration to 50% by mass. The concentrated solution and triethylene glycol dimethyl ether were weighed in a mass ratio of 10:20, respectively. This was mixed to obtain an insulating layer slurry I-7. Although this mixture is a solution, it is referred to as an insulating layer slurry I-7 for convenience.

(絶縁層スラリーI-8)
トリメリット酸クロライドとジアミノジフェニルメタンをn-メチルピロリドン溶液中で撹拌混合して、ポリアミドイミド前駆体であるポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液(ポリマー濃度20質量%)を得た。ポリアミック酸の数平均分子量は41000であった。アルミナ粒子(50%粒子径1.0μm)と、結着剤として調製したポリアミック酸のn-メチルピロリドン溶液と、p-ヒドロキシ安息香酸とを、それぞれ90:10:0.1の質量比で計量した。これらと、n-メチルピロリドンとを混練し、絶縁層スラリーI-8とした。
(Insulation layer slurry I-8)
Trimellitic acid chloride and diaminodiphenylmethane were stirred and mixed in an n-methylpyrrolidone solution to obtain an n-methylpyrrolidone solution (polymer concentration 20% by mass) of polyamic acid as a polyamide-imide precursor. The number average molecular weight of the polyamic acid was 41000. Alumina particles (50% particle diameter 1.0 μm), n-methylpyrrolidone solution of polyamic acid prepared as a binder, and p-hydroxybenzoic acid are weighed at a mass ratio of 90: 10: 0.1, respectively. bottom. These were kneaded with n-methylpyrrolidone to obtain an insulating layer slurry I-8.

(絶縁層スラリーI-9)
p-ヒドロキシ安息香酸を加えなかったこと以外は絶縁層スラリーI-8と同様にして得たものを、絶縁層スラリーI-9とした。
(Insulation layer slurry I-9)
The insulating layer slurry I-9 obtained in the same manner as the insulating layer slurry I-8 except that p-hydroxybenzoic acid was not added was used as the insulating layer slurry I-9.

絶縁層スラリーI-1~9を表1に記載した電極(正極C-1または負極A-1~4)の表面にドクターブレードで塗布し120℃で5分間加熱し、n-メチルピロリドンを乾燥させた。これをプレスした後、空気中常圧下にて以下の表1に示した温度(150℃~350℃)で1時間加熱し、絶縁層を有する電極を得た。断面を電子顕微鏡で観察したところ、絶縁層の厚みは3~8μmであった。絶縁層の13C-NMRを測定し、原料として用いた結着剤の成分であるポリアミック酸(169ppmに示される炭素)と閉環反応によりえられたポリイミド(166ppmに示される炭素)のモル比を波形分離法により見積もり、これを基にイミド化率を算出した。イミド化率が80%未満の場合を×、80%以上85%未満の場合を○、85%以上の場合を◎として、結果を表1に示す。The insulating layer slurries I-1 to 9 are applied to the surface of the electrodes (positive electrode C-1 or negative electrodes A-1 to 4) shown in Table 1 with a doctor blade and heated at 120 ° C. for 5 minutes to dry n-methylpyrrolidone. I let you. After pressing this, it was heated at the temperature shown in Table 1 below (150 ° C. to 350 ° C.) for 1 hour under normal pressure in air to obtain an electrode having an insulating layer. When the cross section was observed with an electron microscope, the thickness of the insulating layer was 3 to 8 μm. The 13 C-NMR of the insulating layer was measured, and the molar ratio of polyamic acid (carbon shown at 169 ppm), which is a component of the binder used as a raw material, and polyimide (carbon shown at 166 ppm) obtained by the ring closure reaction was determined. It was estimated by the waveform separation method, and the imidization rate was calculated based on this. Table 1 shows the results as x when the imidization rate is less than 80%, ◯ when the imidization rate is 80% or more and less than 85%, and ⊚ when the imidization rate is 85% or more.

各例において、表1に示される正極と負極の組み合わせを用いた。これらの正極および負極には、それぞれアルミニウム端子、ニッケル端子を溶接した。これらを、セパレータを介して交互に積層し電極素子を作製した。電極素子をラミネートフィルムで外装し、ラミネートフィルム内部に電解液を注入した。その後、ラミネートフィルム内部を減圧しながらラミネートフィルムを熱融着して封止した。これにより平板型の初回充電前の二次電池を複数個、作製した。なお、セパレータには単層のポリプロピレン微多孔膜(厚み20μm)を用いた。ラミネートフィルムにはアルミニウムを蒸着したポリプロピレンフィルムを用いた。電解液には、電解質として1.0mol/lのLiPFと、非水電解溶媒としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(7:3(体積比))を含む溶液を用いた。In each example, the combination of the positive electrode and the negative electrode shown in Table 1 was used. Aluminum terminals and nickel terminals were welded to these positive and negative electrodes, respectively. These were alternately laminated via a separator to prepare an electrode element. The electrode element was exteriorized with a laminated film, and an electrolytic solution was injected into the laminated film. Then, the laminating film was heat-sealed and sealed while reducing the pressure inside the laminating film. As a result, a plurality of flat plate type secondary batteries before the first charge were produced. A single-layer polypropylene microporous membrane (thickness 20 μm) was used as the separator. As the laminated film, a polypropylene film on which aluminum was vapor-deposited was used. As the electrolytic solution, a solution containing 1.0 mol / l LiPF 6 as an electrolyte and a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (7: 3 (volume ratio)) as a non-aqueous electrolytic solvent was used.

(電池容量)
作製した二次電池を4.2Vに充電した。充電は0.2C電流によるCCCV方式で行い、4.2Vに達した後は電圧を一定に1時間保った。次に0.2Cで2.5VまでCC方式で放電を行った。この時の放電容量を表1に初回容量として示した。続いて、この充電と放電する操作を繰り返した。ここで、0.2C電流とは、任意の満充電状態の電池を定電流放電させた場合、完全に放電させるまで5時間かかる電流のことを意味する。各例では、200mAで充放電を行った。初回の放電容量に対する500回目の放電容量の割合を容量維持率として表1に示した。
(Battery capacity)
The prepared secondary battery was charged to 4.2 V. Charging was performed by the CCCV method using a 0.2 C current, and after reaching 4.2 V, the voltage was kept constant for 1 hour. Next, discharge was performed at 0.2 C to 2.5 V by the CC method. The discharge capacity at this time is shown in Table 1 as the initial capacity. Subsequently, this charging and discharging operation was repeated. Here, the 0.2C current means a current that takes 5 hours to be completely discharged when a battery in an arbitrary fully charged state is discharged with a constant current. In each example, charging and discharging were performed at 200 mA. Table 1 shows the ratio of the 500th discharge capacity to the initial discharge capacity as the capacity retention rate.

Figure 0007070421000005
Figure 0007070421000005

表1に記載される触媒A~Dは以下の化合物である。 The catalysts A to D shown in Table 1 are the following compounds.

触媒A:p-ヒドロキシ安息香酸
触媒B:p-メチル安息香酸
触媒C:m-ヒドロキシ安息香酸
触媒D:o-ヒドロキシ安息香酸
Catalyst A: p-hydroxybenzoic acid Catalyst B: p-methylbenzoic acid Catalyst C: m-hydroxybenzoic acid Catalyst D: o-hydroxybenzoic acid

実施例1~4と比較例1、実施例8と比較例11から、絶縁層に触媒を添加することにより、150℃以下での熱処理でもイミド化率が向上することが認められる。絶縁層の強度が向上することにより、充放電に伴う電極の膨張収縮が生じても電極合剤層が安定したため、500サイクル後の維持率が改善されたと考えられる。実施例5では負極合剤層の結着剤をSBRから同様に耐熱性が200℃以下と低いPVdFに変更しているが、絶縁層の熱処理は150℃以下で行われているため、初期容量や500サイクル後の容量維持率に影響はない。これに対して、比較例7~10に示されるように熱処理温度を180℃~200℃まで高くすると、電極合剤層の結着剤が劣化し、導電パスが一部失われるため、初回容量が低下したと考えられる。 From Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, and Example 8 and Comparative Example 11, it is recognized that the imidization rate is improved even by the heat treatment at 150 ° C. or lower by adding the catalyst to the insulating layer. It is considered that the improvement in the strength of the insulating layer stabilizes the electrode mixture layer even if the electrode expands and contracts due to charging and discharging, so that the maintenance rate after 500 cycles is improved. In Example 5, the binder of the negative electrode mixture layer is changed from SBR to PVdF having a low heat resistance of 200 ° C. or lower, but since the heat treatment of the insulating layer is performed at 150 ° C. or lower, the initial capacity is changed. There is no effect on the capacity retention rate after 500 cycles. On the other hand, when the heat treatment temperature is raised to 180 ° C. to 200 ° C. as shown in Comparative Examples 7 to 10, the binder of the electrode mixture layer deteriorates and a part of the conductive path is lost. Is considered to have decreased.

比較例2~4は熱処理温度を350℃まで上げた結果である。絶縁層のイミド化率は良好であったが、熱処理温度が、負極合剤層の結着剤の耐熱温度より200℃程度高いため、結着力が失われ、十分な初期容量が得られておらず、電池として機能出来なくなった。また、熱処理後には、集電体の銅箔が酸化劣化していることが確認された。 Comparative Examples 2 to 4 are the results of raising the heat treatment temperature to 350 ° C. Although the imidization rate of the insulating layer was good, the heat treatment temperature was about 200 ° C. higher than the heat resistant temperature of the binder of the negative electrode mixture layer, so that the binding force was lost and a sufficient initial capacity was obtained. It couldn't function as a battery. Further, it was confirmed that the copper foil of the current collector was oxidatively deteriorated after the heat treatment.

実施例6および比較例5は、負極において、負極活物質にSiOを用い、結着剤にポリイミドを用いている。実施例6では電極合剤層および絶縁層において使用するそれぞれのポリイミドに触媒を用いているため、150℃の低い熱処理温度でも機能している。比較例5では何れのポリイミドにも触媒を用いていない。熱処理温度を350℃としたためイミド化率が上昇し、強固な絶縁層が形成されたが、500サイクル後の容量維持率が低下した。集電体と電極合剤層との剥離により、容量維持率が低下したと推定される。350℃の熱処理により表面が酸化した集電体の銅箔と、電極合剤層との接着力が低くなったことが考えられる。 In Example 6 and Comparative Example 5, in the negative electrode, SiO is used as the negative electrode active material and polyimide is used as the binder. In Example 6, since a catalyst is used for each of the polyimides used in the electrode mixture layer and the insulating layer, it functions even at a low heat treatment temperature of 150 ° C. In Comparative Example 5, no catalyst was used for any of the polyimides. Since the heat treatment temperature was set to 350 ° C., the imidization rate increased and a strong insulating layer was formed, but the capacity retention rate after 500 cycles decreased. It is presumed that the capacity retention rate decreased due to the peeling of the current collector and the electrode mixture layer. It is considered that the adhesive strength between the copper foil of the current collector whose surface was oxidized by the heat treatment at 350 ° C. and the electrode mixture layer was lowered.

実施例7および比較例6は正極に絶縁層を塗布した。ポリイミドに触媒を用いた実施例7は、実施例1と同様の結果となった。ポリイミドに触媒を用いなかった比較例6は、比較例1とそれぞれ同様の結果となった。 In Example 7 and Comparative Example 6, an insulating layer was applied to the positive electrode. Example 7 in which a catalyst was used for polyimide had the same results as in Example 1. Comparative Example 6 in which no catalyst was used for the polyimide had the same results as Comparative Example 1.

以下参考例により、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物の、有機酸基のみを有する芳香族化合物に対する優位性を示す。 The following reference examples show the superiority of aromatic compounds having an electron donating group and an organic acid group to aromatic compounds having only an organic acid group.

[参考例2~8]
(電極の作製)
平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が7質量%)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、添加剤とを、それぞれ50:49:xの質量比で計量した。参考例3~6においてxは0.9、参考例2および7においてxは0とした。参考例8においてxは2.7とした。これらと、n-メチルピロリドン(NMP)とを混練し、スラリーとした。スラリー中の水分量は200~300ppmであった。該スラリーを、厚さ10μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した。その後、120℃で5分間加熱し、NMPを乾燥させた。その後、空気中常圧下にて150℃、または窒素ガス(流量70L/min)下にて125℃で1時間加熱した。この活物質層が形成された銅箔を直径12mmの円型に打ち抜き、電極を作製した。
[Reference Examples 2 to 8]
(Preparation of electrodes)
A composite in which the surface of SiO x having an average particle diameter D of 50% of 8 μm is coated with a carbon material (the amount of carbon material in the composite is 7% by mass) and a polyamic acid solution (trade name: “U-Wanis A”, Ube). (20% by mass of polyamic acid manufactured by Kosan Co., Ltd.) and the additive were weighed at a mass ratio of 50:49: x, respectively. In Reference Examples 3 to 6, x was 0.9, and in Reference Examples 2 and 7, x was 0. In Reference Example 8, x is 2.7. These were kneaded with n-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a slurry. The amount of water in the slurry was 200 to 300 ppm. The slurry was applied onto a copper foil having a thickness of 10 μm using a doctor blade. Then, it was heated at 120 ° C. for 5 minutes to dry NMP. Then, it was heated at 150 ° C. under normal pressure in air or 125 ° C. under nitrogen gas (flow rate 70 L / min) for 1 hour. The copper foil on which this active material layer was formed was punched into a circular shape with a diameter of 12 mm to prepare an electrode.

(電池の作製)
作製した電極をLi金属の対極とオレフィン系のセパレータを介して積層し、電解液として1MのLiPFを含むEC/DEC/EMC=3/5/2(体積比)を使用してモデルセルを作製した。
(Battery production)
The prepared electrodes are laminated via a Li metal counter electrode and an olefin-based separator, and a model cell is used as an electrolytic solution using EC / DEC / EMC = 3/5/2 (volume ratio) containing 1 M LiPF 6 . Made.

(電池の評価)
作製したモデルセルについて、25℃にて、充放電試験とサイクル試験を実施した。充放電試験は、0.3mA/cmの電流密度で0.03~1.0Vの電圧範囲で充放電を2回行い、放電および充電の開始から終了までに流れた電気量を放電容量および充電容量とし、2回目の充電容量(シリコン系電極からの脱リチウム量に相当)を1Cとした。350℃で3時間処理した、p-ヒドロキシ安息香酸などの添加剤を含まない電極(参考例1)における、SiO複合体の含有質量あたりの1C容量を100とし、電極の1C容量比を求めた。
(Battery evaluation)
The prepared model cell was subjected to a charge / discharge test and a cycle test at 25 ° C. In the charge / discharge test, charging / discharging is performed twice in a voltage range of 0.03 to 1.0 V with a current density of 0.3 mA / cm 2 , and the amount of electricity flowing from the start to the end of discharging and charging is used as the discharge capacity and the discharge capacity. The charge capacity was set to 1C, and the second charge capacity (corresponding to the amount of delithium removed from the silicon-based electrode) was set to 1C. The 1C volume per mass of the SiO x complex in the electrode (Reference Example 1) containing no additive such as p-hydroxybenzoic acid treated at 350 ° C. for 3 hours was set to 100, and the 1C volume ratio of the electrode was determined. rice field.

サイクル試験は、充放電試験後のモデルセルを用い、0.3Cで1.0Vまで放電した後、合計で4時間定電圧放電を行ってから、0.3Cで0.03Vまで定電流充電するというサイクルを50回繰り返した。容量維持率として、初回充電容量(シリコン系電極からの脱リチウム量に相当)に対する50サイクル後の放電容量の割合を求めた。 In the cycle test, the model cell after the charge / discharge test is used, and after discharging to 1.0 V at 0.3 C, constant voltage discharge is performed for a total of 4 hours, and then constant current charging is performed at 0.3 C to 0.03 V. The cycle was repeated 50 times. As the capacity retention rate, the ratio of the discharge capacity after 50 cycles to the initial charge capacity (corresponding to the amount of delithium removed from the silicon-based electrode) was determined.

[参考例1]
平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が7質量%)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)の質量比を、50:49とし、熱処理条件を窒素ガス(流量70L/min)下、350℃で3時間とした以外は、参考例2と同様に電極を作製し評価した。
[Reference Example 1]
A composite in which the surface of SiO x having an average particle diameter D of 50% of 8 μm is coated with a carbon material (the amount of carbon material in the composite is 7% by mass) and a polyamic acid solution (trade name: “U-Wanis A”, Ube). Same as Reference Example 2 except that the mass ratio of polyamic acid (20% by mass) manufactured by Kosan Co., Ltd. was 50:49 and the heat treatment conditions were nitrogen gas (flow rate 70 L / min) and 350 ° C. for 3 hours. An electrode was prepared and evaluated.

空気中常圧下にて150℃で1時間、熱処理した各例における1C容量比、および50サイクル後の容量維持率の平均値(単位:%、測定数2以上)を表2に示す。窒素ガス(流量70L/min)下にて125℃で1時間、熱処理した各例における1C容量比、および50サイクル後の容量維持率の平均値(単位:%、測定数2以上)を表3に示す。 Table 2 shows the 1C capacity ratio in each example heat-treated at 150 ° C. for 1 hour under normal pressure in air, and the average value of the capacity retention rate after 50 cycles (unit:%, number of measurements 2 or more). Table 3 shows the average value (unit:%, number of measurements 2 or more) of the 1C capacity ratio in each example heat-treated at 125 ° C. for 1 hour under nitrogen gas (flow rate 70 L / min) and the capacity retention rate after 50 cycles. Shown in.

Figure 0007070421000006
Figure 0007070421000006

Figure 0007070421000007
Figure 0007070421000007

[参考例9、10]
添加剤がp-アミノ安息香酸の場合についても確認を行った。添加剤をp-アミノ安息香酸とし、平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が7質量%)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、添加剤の質量比50:49:xにおいて、xを0.45、0.20として確認を行った。その他は、空気中常圧下にて150℃で1時間、熱処理を行う、参考例3~6と同様に電極を作製し、同様に評価した。このときの1C容量比、および50サイクル後の容量維持率の平均値(単位:%、測定数2以上)を表4に示す。
[Reference Examples 9 and 10]
We also confirmed the case where the additive was p-aminobenzoic acid. The additive is p-aminobenzoic acid, and the SiO x surface having an average particle size D50% of 8 μm is coated with a carbon material (the amount of carbon material in the composite is 7% by mass) and a polyamic acid solution (commodity). Name: "U-Wanis A", manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass) and additive mass ratio 50:49: x, x was 0.45, 0.20. .. Others were heat-treated at 150 ° C. for 1 hour under normal pressure in air. Electrodes were prepared in the same manner as in Reference Examples 3 to 6 and evaluated in the same manner. Table 4 shows the 1C capacity ratio at this time and the average value (unit:%, number of measurements 2 or more) of the capacity retention rate after 50 cycles.

Figure 0007070421000008
Figure 0007070421000008

[参考例11~13]
添加剤がp-ヒドロキシ安息香酸の場合において、p-ヒドロキシ安息香酸の添加量の影響について確認を行った。添加剤をp-ヒドロキシ安息香酸とし、平均粒子径D50%が8μmであるSiO表面を炭素材料で被覆した複合体(複合体における炭素材料の量が7質量%)と、ポリアミック酸溶液(商品名:「U-ワニスA」、宇部興産(株)製、ポリアミック酸20質量%)と、添加剤の質量比50:49:xにおいて、xを0.9から0.23、0.10へと低減させた場合と、xを4.4へと増加させた場合の確認を行った。その他は、空気中常圧下にて150℃で1時間、熱処理を行う、参考例3~6と同様に電極を作製し、同様に評価した。このときの1C容量比、および50サイクル後の容量維持率の平均値(単位:%、測定数2以上)を表5に示す。
[Reference Examples 11 to 13]
When the additive was p-hydroxybenzoic acid, the effect of the amount of p-hydroxybenzoic acid added was confirmed. The additive is p-hydroxybenzoic acid, and the SiO x surface having an average particle size D50% of 8 μm is coated with a carbon material (the amount of carbon material in the composite is 7% by mass) and a polyamic acid solution (commodity). Name: "U-Wanis A", manufactured by Ube Kosan Co., Ltd., polyamic acid 20% by mass) and additive at a mass ratio of 50:49: x, x changed from 0.9 to 0.23, 0.10. We confirmed the case of reducing it and the case of increasing x to 4.4. Others were heat-treated at 150 ° C. for 1 hour under normal pressure in air. Electrodes were prepared in the same manner as in Reference Examples 3 to 6 and evaluated in the same manner. Table 5 shows the 1C capacity ratio at this time and the average value (unit:%, number of measurements 2 or more) of the capacity retention rate after 50 cycles.

Figure 0007070421000009
Figure 0007070421000009

添加剤である安息香酸の置換基と50サイクル後のシリコン電極の容量(表中の式A×B)に相関があった。すなわち、シリコン電極の容量の改善には、電子供与性基が有効である。この効果は、大気中の150℃処理だけでなく、窒素下の125℃処理でも、表3に示すように有効であった。また、安息香酸誘導体の添加量を特定の範囲内にすることで、50サイクル後のシリコン電極の容量をさらに向上させることができる場合がある。 There was a correlation between the substituent of the additive benzoic acid and the capacity of the silicon electrode after 50 cycles (formula A × B in the table). That is, an electron donating group is effective for improving the capacity of the silicon electrode. This effect was effective not only in the treatment at 150 ° C. in the air but also in the treatment at 125 ° C. under nitrogen as shown in Table 3. Further, by setting the addition amount of the benzoic acid derivative within a specific range, the capacity of the silicon electrode after 50 cycles may be further improved.

[参考例14]
添加剤をp-ヒドロキシ安息香酸から安息香酸に変更した以外は、参考例3と同じ方法で、電極を作製し、電池特性を評価した。その結果、1C容量比(表中のA)が44、25℃50サイクル後の容量維持率(表中のB)が135%であり、A×B÷100=59であった。
[Reference Example 14]
Electrodes were prepared by the same method as in Reference Example 3 except that the additive was changed from p-hydroxybenzoic acid to benzoic acid, and the battery characteristics were evaluated. As a result, the 1C capacity ratio (A in the table) was 44, the capacity retention rate after 50 cycles at 25 ° C. (B in the table) was 135%, and A × B ÷ 100 = 59.

Figure 0007070421000010
Figure 0007070421000010

参考例14に示すように、安息香酸の芳香環上に置換基が無い場合は初期の容量(表中のA)が低下するので、置換基を有することが好ましい。尚、容量維持率が100%超えた理由は、サイクル時において、試作した電極の容量以上のLiを含有する対極のLi金属から、試作した電極の容量以上にLiが供給されたことが原因である。したがって、本発明の電極の容量より少ないLiを含有する対極を用いた場合、容量維持率の低下が予想される。 As shown in Reference Example 14, when there is no substituent on the aromatic ring of benzoic acid, the initial volume (A in the table) decreases, so it is preferable to have a substituent. The reason why the capacity retention rate exceeded 100% is that Li was supplied in excess of the capacity of the prototype electrode from the counter electrode Li metal containing Li in excess of the capacity of the prototype electrode during the cycle. be. Therefore, when a counter electrode containing less Li than the capacity of the electrode of the present invention is used, it is expected that the capacity retention rate will decrease.

上記の参考例より、シリコンを活物質とする電極に、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物を含むポリイミドバインダを使用する場合に、イミド化を低温で行っても高い容量を有する電池が得られることが分かった。 From the above reference example, when a polyimide binder containing an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group is used for an electrode using silicon as an active material, it has a high capacity even if imidization is performed at a low temperature. It turns out that batteries are available.

この出願は、2016年9月29日に出願された日本出願特願2016-191000を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority on the basis of Japanese Application Japanese Patent Application No. 2016-191000 filed on September 29, 2016 and incorporates all of its disclosures herein.

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made within the scope of the present invention in terms of the configuration and details of the present invention.

本発明による電極およびこの電極を有する電池は、例えば、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野において利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器の電源;電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車等を含む電動車両、電車、衛星、潜水艦等の移動・輸送用媒体の電源;UPS等のバックアップ電源;太陽光発電、風力発電等で発電した電力を貯める蓄電設備;等に、利用することができる。 The electrodes according to the present invention and the batteries having the electrodes can be used, for example, in all industrial fields requiring a power source, as well as in industrial fields related to the transportation, storage and supply of electrical energy. Specifically, the power source for mobile devices such as mobile phones and laptop computers; the power source for mobile / transportation media such as electric vehicles, trains, satellites, and submarines including electric vehicles, hybrid cars, electric bikes, and electrically assisted bicycles; It can be used as a backup power source for UPS and the like; a power storage facility for storing electric power generated by solar power generation, wind power generation, etc.;

10 フィルム外装体
20 電池要素
25 セパレータ
30 正極
40 負極
10 Film exterior 20 Battery element 25 Separator 30 Positive electrode 40 Negative electrode

Claims (9)

集電体および電極合剤層を有する電極であって、
電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物ポリイミドおよび前記ポリイミドで結着された絶縁性フィラーを含む孔を有する絶縁性フィラーの層である絶縁層を有する電極。
An electrode having a current collector and an electrode mixture layer,
An electrode having an insulating layer , which is a layer of an insulating filler having holes containing an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group, a polyimide , and an insulating filler bonded with the polyimide.
有機酸基がカルボン酸基である、請求項1に記載の電極。 The electrode according to claim 1, wherein the organic acid group is a carboxylic acid group. 電子供与性基が、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、およびアルキルチオ基から成る群より選択される、請求項1または2に記載の電極。 The electrode according to claim 1 or 2, wherein the electron donating group is selected from the group consisting of an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a hydroxyl group, a mercapto group, and an alkylthio group. 電極合剤層がポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、およびスチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ならびに電子供与基および有機酸基を有する芳香族化合物を含むポリイミド組成物から成る群より選択される少なくとも1種の結着剤を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の電極。 At least one selected from the group consisting of a polyimide composition in which the electrode mixture layer contains polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, and styrene butadiene rubber, an acrylic resin, and an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group. The electrode according to any one of claims 1 to 3, which comprises a binder. 絶縁性フィラーの含有量が絶縁層の30質量%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の電極。 The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the insulating filler is 30 % by mass or more of the insulating layer. 請求項1~のいずれか1項に記載の電極を有する電池。 A battery having the electrode according to any one of claims 1 to 5 . 請求項に記載の電池を搭載した車両。 A vehicle equipped with the battery according to claim 6 . ポリアミック酸、電子供与性基および有機酸基を有する芳香族化合物、絶縁性フィラー、および溶媒を含むポリアミック酸溶液を電極に塗布する工程、および電極を180℃以下の温度で熱処理する工程を含む、ポリイミドで結着された絶縁性フィラーを含む孔を有する絶縁性フィラーの層である絶縁層を有する電極の製造方法。 It comprises a step of applying a polyamic acid solution containing a polyamic acid, an aromatic compound having an electron donating group and an organic acid group, an insulating filler, and a solvent to the electrode, and a step of heat-treating the electrode at a temperature of 180 ° C. or lower. A method for manufacturing an electrode having an insulating layer , which is a layer of an insulating filler having holes containing an insulating filler bonded with polyimide . 絶縁性フィラーの含有量が絶縁層の30質量%以上である、請求項8に記載の電極の製造方法。The method for manufacturing an electrode according to claim 8, wherein the content of the insulating filler is 30% by mass or more of the insulating layer.
JP2018542853A 2016-09-29 2017-09-28 Electrode with heat-resistant insulating layer Active JP7070421B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016191000 2016-09-29
JP2016191000 2016-09-29
PCT/JP2017/035206 WO2018062383A1 (en) 2016-09-29 2017-09-28 Electrode with heat-resistant insulating layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018062383A1 JPWO2018062383A1 (en) 2019-07-11
JP7070421B2 true JP7070421B2 (en) 2022-05-18

Family

ID=61760592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018542853A Active JP7070421B2 (en) 2016-09-29 2017-09-28 Electrode with heat-resistant insulating layer

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11233231B2 (en)
JP (1) JP7070421B2 (en)
CN (1) CN109804488B (en)
WO (1) WO2018062383A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114583096B (en) * 2021-11-25 2024-03-22 深圳市研一新材料有限责任公司 Electrode plate and secondary battery thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228200A (en) 1999-02-09 2000-08-15 Asahi Chem Ind Co Ltd Metal foil collector used in electrode for battery
JP2005298623A (en) 2004-04-09 2005-10-27 Manac Inc Polyimide combining high organic solvent dissolvability, high thermoplasticity, high toughness and high glass transition temperature, and its manufacturing method
JP2009176703A (en) 2007-12-26 2009-08-06 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Negative electrode for nonaqueous electrolytic secondary battery
WO2009142203A1 (en) 2008-05-22 2009-11-26 株式会社ピーアイ技術研究所 Conductive agent for battery electrode, electrode containing the same, and battery
WO2011058981A1 (en) 2009-11-16 2011-05-19 国立大学法人群馬大学 Negative electrode for lithium secondary battery and method for producing same
JP2011233349A (en) 2010-04-27 2011-11-17 Hitachi Maxell Energy Ltd Nonaqueous secondary battery
WO2014106954A1 (en) 2013-01-07 2014-07-10 ユニチカ株式会社 Lithium secondary battery electrode and method for manufacturing same
JP2015204133A (en) 2014-04-10 2015-11-16 株式会社カネカ Aqueous binder composition
WO2015186814A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 宇部興産株式会社 Electrode manufacturing method
WO2016051784A1 (en) 2014-09-30 2016-04-07 三井化学株式会社 Negative electrode for secondary battery and manufacturing method therefor, and lithium-ion secondary battery provided with said negative electrode

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004115813A (en) 1996-03-14 2004-04-15 Toshiba Corp Polyimide precursor composition, method of forming polyimide film, electronic part, and liquid crystal element
JPH09302225A (en) 1996-03-14 1997-11-25 Toshiba Corp Polyimide precursor composition, method of forming polyimide film, electronic part and liquid crystal element
JP3175730B2 (en) * 1998-04-27 2001-06-11 住友化学工業株式会社 Non-aqueous electrolyte battery separator and lithium secondary battery
JP2005243303A (en) 2004-02-24 2005-09-08 Tomoegawa Paper Co Ltd Member for electrochemical element and its manufacturing method, and the electrochemical element using it
CN100541874C (en) * 2005-03-02 2009-09-16 松下电器产业株式会社 Lithium rechargeable battery and manufacture method thereof
JP2006339092A (en) * 2005-06-06 2006-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery and its negative electrode
JP2009004289A (en) 2007-06-25 2009-01-08 Panasonic Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5344235B2 (en) 2009-06-04 2013-11-20 トヨタ自動車株式会社 Non-aqueous secondary battery
JP2012069594A (en) * 2010-09-21 2012-04-05 Pi R & D Co Ltd Polyimide resin composition for forming insulating film in solar cell and method of forming insulating film in solar cell by using the same
JP5590576B2 (en) 2011-10-14 2014-09-17 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for manufacturing electrode for power storage device, and power storage device
US20140272595A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Basf Se Compositions for use as protective layers and other components in electrochemical cells
CN104623307A (en) 2013-11-08 2015-05-20 时美芬 Skin ointment for treating psoriasis, and preparation method thereof
KR101657084B1 (en) * 2015-12-11 2016-09-13 (주)상아프론테크 Aqueous polyimide precursor for binder of secondary battery, The composition of that, Preparing methode there of and Aqueous binder for secondary battery containing that

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228200A (en) 1999-02-09 2000-08-15 Asahi Chem Ind Co Ltd Metal foil collector used in electrode for battery
JP2005298623A (en) 2004-04-09 2005-10-27 Manac Inc Polyimide combining high organic solvent dissolvability, high thermoplasticity, high toughness and high glass transition temperature, and its manufacturing method
JP2009176703A (en) 2007-12-26 2009-08-06 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Negative electrode for nonaqueous electrolytic secondary battery
WO2009142203A1 (en) 2008-05-22 2009-11-26 株式会社ピーアイ技術研究所 Conductive agent for battery electrode, electrode containing the same, and battery
WO2011058981A1 (en) 2009-11-16 2011-05-19 国立大学法人群馬大学 Negative electrode for lithium secondary battery and method for producing same
JP2011233349A (en) 2010-04-27 2011-11-17 Hitachi Maxell Energy Ltd Nonaqueous secondary battery
WO2014106954A1 (en) 2013-01-07 2014-07-10 ユニチカ株式会社 Lithium secondary battery electrode and method for manufacturing same
JP2015204133A (en) 2014-04-10 2015-11-16 株式会社カネカ Aqueous binder composition
WO2015186814A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 宇部興産株式会社 Electrode manufacturing method
WO2016051784A1 (en) 2014-09-30 2016-04-07 三井化学株式会社 Negative electrode for secondary battery and manufacturing method therefor, and lithium-ion secondary battery provided with said negative electrode

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Masayuki OBA,Effect of Curing Accelerators on Thermal Imidization of Polyamic Acids at Low Temperature,Journal of Polymer Science Part A,1996年03月,Vol.34, Issue 4,pp.651-658
Takaho KANEDA,et al.,High-Strength-High-Modulus Polyimide Fibers I. One-Step Synthesis of Spinnable Polyimides,Journal of Applied Polymer Science,1986年,Vol.32,pp.3133-3149

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018062383A1 (en) 2018-04-05
US11233231B2 (en) 2022-01-25
US20200035996A1 (en) 2020-01-30
CN109804488A (en) 2019-05-24
CN109804488B (en) 2023-03-10
JPWO2018062383A1 (en) 2019-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6060896B2 (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
JP6984584B2 (en) Negative electrode active material and lithium ion secondary battery using it
JP6819777B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6927034B2 (en) Lithium-ion secondary battery and its manufacturing method
JP6806068B2 (en) Resin composition
WO2015199063A1 (en) Nonaqueous electrolytic solution and secondary cell
JP6060897B2 (en) Secondary battery
WO2016194733A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP6834950B2 (en) Lithium ion secondary battery
WO2017038669A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP6414058B2 (en) Electrode binder composition and electrode
JP7059931B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP7070421B2 (en) Electrode with heat-resistant insulating layer
WO2016152718A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP7025971B2 (en) Negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary batteries and negative electrode and non-aqueous electrolyte secondary batteries using this
CN110546806B (en) Lithium ion secondary battery
JP6844536B2 (en) Lithium ion battery
WO2014007183A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP6562380B2 (en) Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP6973621B2 (en) Lithium ion secondary battery
WO2018168196A1 (en) Negative-electrode active substance, mixed negative-electrode active substance material, and method for manufacturing negative-electrode active substance
JP7047836B2 (en) Binder composition for secondary batteries
WO2012132154A1 (en) Secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210907

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220418

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7070421

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151